Geheimnis der Perlmutt-Bildung entschlüsselt

Die schillernde Oberfläche von Perlen und das Innere von Muscheln und Schnecken faszinieren Schmuckliebhaber und Materialforscher gleichermaßen.

Nun haben japanische Wissenschaftler um Hiromichi Nagasawa von der Universität Tokio entdeckt, dass die beiden Proteine Pif 80 und Pif 97 für die Bildung von Perlmutt verantwortlich sind. Das berichten die Forscher im Wissenschaftsmagazin Science. Den Forschern ist es sogar gelungen, Perlmutt in einem einfachen Versuch wachsen zu lassen.

Bekannt war den Forschern, dass Perlmutt ein Verbundmaterial aus Calciumcarbonat und organischem Material ist. Bisher war allerdings nicht klar, welche Proteine der Weichtiere bei der Entstehung dieses Material eine Rolle spielen. Mit einem Trick ist es den Forschern gelungen, das wesentliche Protein zu entschlüsseln. Die Forscher infizierten die Perlenauster mit einem gentechnisch veränderten Virus, das die Zahl der perlmuttbildenden Proteine reduzierte. Daraufhin erzeugte die Auster keine Perlen mehr. „Das ist eine wirklich fundamentale Entdeckung“, meint der Wissenschaftler Nils Kröger von der School of Chemistry and Biochemistry am Georgia Institute of Technology.

Die japanischen Forscher haben Perlmutt mit destilliertem Wasser und Goldpartikel mit Antikörpern gewaschen und sind so auf die beiden neuen Proteine gestoßen. Pif 97, so glauben die Forscher, sorgt dafür, dass die Unterlage zur Perlmuttentstehung durch die Bildung von Chitin vorbereitet wird. Pif 80 bindet Kalzium und Bicarbonat an das Chitin und sorgt schließlich für die Vollendung des Perlmutts. Nagasawa konnte einheitliche Kristalle auf einem Aragonit zwischen einem Glasplättchen und einer darauf aufgetragenen Chitinschicht wachsen lassen. Die Orientierung der Kristalle entsprach genau der eines Weichtieres zwischen dem Mantel und der äußeren Kalkschale.

Obwohl die Entdeckung der beiden Proteine eine wesentliche Rolle bei der Bildung der Perlmuttschichten spielten, sind weitere Forschungsarbeiten nötig, um den gesamten Vorgang zu verstehen. „Die Identifizierung der beiden Proteine ist wirklich eine tolle Leistung“, meint die Physikerin Monika Fritz vom Institut für Biophysik der Universität Bremen im pressetext-Interview. Fritz beschäftigt sich seit mehreren Jahren mit der Erforschung von Perlmutt als Vorbild für neue Werkstoffe. „Der große Vorteil von Perlmutt ist dessen Schichtaufbau, der bewirkt, dass das Material gleichzeitig leicht, aber auch belastbar und widerstandsfähig ist. Damit ist Perlmutt bestehenden künstlichen Keramiken und Verbundstoffen überlegen“, erklärt die Forscherin. Das sensationelle am Perlmutt, einer Polymer-Keramik-Verbindung sei zudem auch, dass es gegenüber Keramiken zahlreiche Vorteile besitze. „Perlmutt zeichnet sich durch eine hohe mechanische Stabilität und Biegefestigkeit aus, es entsteht in einem Selbstorganisationsprozess und läuft bei Raumtemperatur ab.“

Perlmutt würde sich etwa zur Beschichtung von Schiffsrümpfen eignen, aber auch zur Herstellung synthetischer Verbundmaterialien. Vom Experiment der japanischen Forscher Perlmutt zu züchten, hält Fritz nicht viel. „Diese Methode ist stark verbesserungsfähig“, so die Forscherin.